演算法和效能分析

2021-10-21 10:53:35 字數 1496 閱讀 3064

資料結構與演算法是程式設計實踐中最基本的內涵。程式能否快速而有效地完成預定的任務,取決於是否選對資料結構,而程式是否能清楚而正確地把問題解決,則取決於演算法。

演算法(algorithm)是指令的集合,是為了解決特定問題而規定的一系列操作。它是明確定義的可計算過程,以乙個資料集合作為輸入,並產生乙個資料集合作為輸出。

演算法5項特性:

1、輸入(input):0 個或多個輸入資料,這些輸入必須有清楚的描述或定義。

2、輸出(output):至少會有乙個輸出結果,不可以沒有輸出結果。

3、明確性(definiteness):每乙個指令或步驟必須是簡潔明確的。

4、有限性(finiteness):在有限步驟後一定會結束,不會產生無限迴圈。

5、有效性(effectiveness):步驟清楚且可行,能讓使用者用紙筆計算而求出答案。

對乙個程式(或演算法)效能的評估,經常是從時間與空間兩種因素來進行考慮的。時間方面是指程式的執行時間,稱為時間複雜度(time complexity)。空間方面是指程式在計算機記憶體所佔的空間大小,稱為空間複雜度(space complexity)。

在乙個完全理想狀態下的計算機中,我們定義t(n)來表示程式執行所要花費的時間,其中n代表資料輸入量。當然程式的執行時間(worse case executing time)或最大執行時間是時間複雜度的衡量標準,一般以 big-oh 表示。

由於分析演算法的時間複雜度必須考慮它的成長比率(rate of growth),往往是一種函式,而時間複雜度本身也是一種"漸近表示"(asymmetric notation)。

o(f(n))可視為某演算法在計算機中所需執行時間不會超過某一常數倍的f(n),也就是說當某演算法的執行時間t(n)的時間複雜度(time complexity)為o(f(n))(讀成big-oh of f(n)或order is f(n)),意思是存在兩個常數 c 與 n0,則若n >= n0,則 t(n)

時間複雜度只是執行次數的乙個概略的量度層級,並非真實的執行次數。

big-oh是一種用來表示最壞執行時間的表現方式,它也是最常用於描述時間複雜度的漸近式表示法。

常見的big-oh有下列幾種:

對於n >= 16 時,時間複雜度比較如下:

ω也是一種時間複雜度的漸近表示法,如果說big-oh是執行時間量度的最壞情況,那麼ω就是執行時間量度的最好狀況。

ω的定義:對f(n) = ω(g(n))(讀作big-omega of g(n)),意思是存在常數c和n0,對所有的n值而言,n>=n0時,f(n)>=cg(n)均成立。

θ是一種比big-o與ω更精確的時間複雜度漸近表示法。

θ的定義:f(n)=θ(g(n))(讀作big-theta of g(n)),意思是存在常數c1、c2、n0,對所有的n>=n0時,c1g(n)

演算法效能分析

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